本發(fā)明關(guān)于一種功率限制放大器。

背景技術(shù)：

音頻放大器是一種用來放大音頻信號的功率放大器。傳統(tǒng)音頻放大器可分類為A類、B類、AB類和D類放大器，其中D類放大器由于具有高效率及低功耗的優(yōu)點(diǎn)，近年來已成為音頻功率放大器的主流。圖1顯示一已知的D類放大器的方塊圖。如圖1所示，該D類放大器100包含兩輸入電容C1和C2、一增益放大級12、一脈寬調(diào)制器13、兩反饋網(wǎng)絡(luò)14和15以及兩功率級16和18。

參照圖1，該輸入電容C1和C2用以濾除一音頻輸入信號的直流偏壓，以產(chǎn)生信號AI1和信號AI2。該增益放大級12借由電阻R1至R4的比例來放大信號AI1和信號AI2的電壓差值，以產(chǎn)生信號AG1和信號AG2。該脈寬調(diào)制器13在接收模擬型式的信號AG1和信號AG2后，輸出兩脈寬調(diào)制信號PWMP和PWMN至功率級16和18。該脈寬調(diào)制器13通常包含一積分器(未繪出)以積分模擬信號AG1和信號AG2的電壓差值。這些脈寬調(diào)制信號PWMP和PWMN也會借由反饋網(wǎng)絡(luò)14和15產(chǎn)生反饋信號給該脈寬調(diào)制器13。這些功率級16和18用以推動一負(fù)載電路19，例如一耳機(jī)或是喇叭等音頻輸出裝置。

在應(yīng)用上，當(dāng)音頻輸入信號的振幅過大時，該D類放大器100可能需要一電路以限制輸出功率在一特定范圍內(nèi)，借以避免對負(fù)載電路19造成損害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種功率限制放大器，包含一運(yùn)算放大器、一第一降增益單元、一檢測單元、一第一電阻以及一第二電阻。該運(yùn)算放大器包含一第一輸入端、一第二輸入端和一第一輸出端。該第二電阻耦接于該運(yùn)算放大器的該第一輸入端和該運(yùn)算放大器的該第一輸出端之間。該第一降增益單元耦接于該第一電阻和該運(yùn)算放大器的該第一輸入端之間。該比較單元用以比較產(chǎn)生 于該運(yùn)算放大器的至少一輸出信號和至少一預(yù)設(shè)電壓值，借以產(chǎn)生至少一控制信號。該第一降增益單元根據(jù)該至少一控制信號以改變其阻值。

附圖說明

圖1顯示一已知的D類放大器的方塊圖。

圖2顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的一功率限制放大器的方塊示意圖。

圖3顯示結(jié)合本發(fā)明另一實(shí)施例的一功率限制放大器的方塊示意圖。

圖4顯示結(jié)合本發(fā)明又一實(shí)施例的一功率限制放大器的方塊示意圖。

圖5顯示結(jié)合本發(fā)明再一實(shí)施例的一功率限制放大器的方塊示意圖。

圖6顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該檢測單元的方塊示意圖。

符號說明

100 D類放大器

12 增益放大級

13 脈寬調(diào)制器

14,15 反饋網(wǎng)絡(luò)

16,18 功率級

19 負(fù)載電路

20,30,40,50 功率限制放大器

22 降增益單元

24,24’ 運(yùn)算放大器

26,26’,26” 檢測單元

262,264,265 電壓比較器

266 多工器

42 降增益單元

62,64 充電泵

66,68 低通濾波器

C1,C2 輸入電容

I1～I(xiàn)4 電流源

M1～M7 晶體管

R1～R4 電阻

RB 電阻

SW1,SW2 開關(guān)

VB 偏壓源

具體實(shí)施方式

圖2顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的一功率限制放大器20的方塊示意圖。參照圖2，該功率限制放大器20包含一偏壓電壓源VB、一降增益單元22、一運(yùn)算放大器24、一檢測單元26、一輸入電容C1以及多個電阻R1和RB。該運(yùn)算放大器24具有一正輸入端，一負(fù)輸入端和一輸出端。該降增益單元22耦接于該電阻R1和該運(yùn)算放大器24的該負(fù)輸入端之間。該電阻RB耦接于該運(yùn)算放大器24的該正輸入端和該輸出端之間。

參照圖2，該檢測單元26由兩電壓比較器262和264所組成。該電壓比較器262用以比較產(chǎn)生于該運(yùn)算放大器24的該輸出端的一輸出信號VO和一預(yù)設(shè)電壓值REFH，借以產(chǎn)生一控制信號CP1。該電壓比較器264用以比較該輸出信號VO和一預(yù)設(shè)電壓值REFL，借以產(chǎn)生一控制信號CP2。這些信號CP1和CP2用以改變該降增益單元22的阻值。在本實(shí)施例中，該降增益單元22由兩晶體管M1和M2所組成。該晶體管M1耦接于該電阻R1，而該晶體管M2耦接于該晶體管M1和該運(yùn)算放大器24的該正輸入端之間。

在運(yùn)作上，一模擬信號VIN由該功率限制放大器20的一輸入端進(jìn)入后，經(jīng)由該輸入電容C1以濾除模擬輸入信號的直流偏壓。接著，根據(jù)電阻RA和電阻RB的阻值比例，信號A1會被放大(RB/RA)倍數(shù)以產(chǎn)生該輸出信號VO。在本實(shí)施例中，電阻RA的阻值由電阻R1的阻值和該降增益單元22的等效阻值所加總而成，而該降增益單元22的等效阻值由兩晶體管M1和M2的導(dǎo)通阻值所決定。

當(dāng)該輸出信號VO的電壓值落于該預(yù)設(shè)電壓值REFH和該預(yù)設(shè)電壓值REFL之間時，表示該模擬信號VIN的電壓振幅為負(fù)載可接受范圍，因此該電壓比較器262會產(chǎn)生位于邏輯1電平的該控制信號CP1，而該電壓比較器264會產(chǎn)生位于邏輯1電平的該控制信號CP2，借以完全導(dǎo)通這些晶體管M1和M2。此時，電阻RA的阻值實(shí)質(zhì)上等于電阻R1的阻值。

當(dāng)該輸出信號VO的電壓值大于該預(yù)設(shè)電壓值REFH時，表示該模擬信號VIN的電壓振幅超過負(fù)載可接受范圍。此時，該電壓比較器262會產(chǎn)生低于邏 輯1電平的該控制信號CP1，借以部分導(dǎo)通該晶體管M1。因此，該電阻RA的阻值會由電阻R1的阻值和該晶體管M1的等效阻值所加總。由于該電阻RA的阻值提升，該信號A1的放大倍數(shù)會下降，借以限制該輸出信號VO的電壓不大于該預(yù)設(shè)電壓值REFH。

類似地，當(dāng)該輸出信號VO的電壓值小于該預(yù)設(shè)電壓值REFL時，表示該模擬信號VIN的電壓振幅超過負(fù)載可接受范圍。此時，該電壓比較器264會產(chǎn)生低于邏輯1電平的該控制信號CP2，借以部分導(dǎo)通該晶體管M2。因此，該電阻RA的阻值會由電阻R1的阻值和該晶體管M2的等效阻值所加總。由于該電阻RA的阻值提升，該信號A1的放大倍數(shù)會下降，借以限制該輸出信號VO的電壓不低于該預(yù)設(shè)電壓值REFL。

圖3顯示結(jié)合本發(fā)明另一實(shí)施例的一功率限制放大器30的方塊示意圖，其中圖3中類似圖2的元件以類似的參考數(shù)字顯示。參照圖3，該降增益單元22’由一晶體管M3所組成。該晶體管M3耦接于該電阻R1和該運(yùn)算放大器24的該負(fù)輸入端之間。

該檢測單元26由多個電壓比較器262、264和265以及一多工器266所組成。在運(yùn)作上，當(dāng)該輸出信號VO的電壓值落于該預(yù)設(shè)電壓值REFH和該預(yù)設(shè)電壓值REFL之間時，表示該模擬信號VIN的電壓振幅為負(fù)載可接受范圍，因此該電壓比較器262會產(chǎn)生位于邏輯1電平的該控制信號CP1，而該電壓比較器264會產(chǎn)生位于邏輯1電平的該控制信號CP2。在該輸入信號VIN的電壓值大于一電壓值VCM時，該多工器266選擇輸出該控制信號CP1。在該輸入信號VIN的電壓值小于該電壓值VCM時，該多工器266選擇輸出該控制信號CP2。該電壓值VCM為該輸入信號VIN電壓振幅的中心值。由于在該輸出信號VO的電壓值落于該預(yù)設(shè)電壓值REFH和該預(yù)設(shè)電壓值REFL之間時，這些控制信號CP1和CP2都是邏輯1電平，因此這些晶體管M1和M2完全導(dǎo)通。在此狀況下該輸出信號VO會是信號A1的(RB/RC)倍數(shù)。

當(dāng)該輸出信號VO的電壓值大于該預(yù)設(shè)電壓值REFH時，表示該模擬信號VIN的電壓振幅超過負(fù)載可接受范圍。借由這些電壓比較器262、264和265以及該多工器266的運(yùn)作，該檢測單元26’會輸出低于邏輯1電平的該控制信號CT，借以部分導(dǎo)通該晶體管M3。因此，該電阻RA的阻值會由電阻R1的阻值和該晶體管M3的等效阻值所加總。由于該電阻RA的阻值提升，該信號A1的放大倍數(shù)會下降，借以限制該輸出信號VO的電壓不大于該預(yù)設(shè)電壓值REFH。

當(dāng)該輸出信號VO的電壓值小于該預(yù)設(shè)電壓值REFL時，表示該模擬信號VIN的電壓振幅超過負(fù)載可接受范圍。借由這些電壓比較器262、264和265以及該多工器266的運(yùn)作，該檢測單元26’會輸出低于邏輯1電平的該控制信號CT，借以部分導(dǎo)通該晶體管M3，借以限制該輸出信號VO的電壓不低于該預(yù)設(shè)電壓值REFL。

圖2和圖3所例示的運(yùn)算放大器24為雙端差動輸入，單端輸出的放大器型態(tài)。然而，本發(fā)明所公開的輸入功率限制方法亦可使用于雙端差動輸入，雙端差動輸出的放大器型態(tài)，如圖4所示，其中圖4中類似圖2的元件以類似的參考數(shù)字顯示。

參照圖4，該運(yùn)算放大器24’具有一正輸入端，一負(fù)輸入端、一正輸出端和一負(fù)輸出端?；榉聪嗟哪M輸入信號VIP和VIN由該功率限制放大器40的一對差動輸入端進(jìn)入后，經(jīng)由輸入電容C1和C2以濾除模擬輸入信號的直流偏壓。接著，根據(jù)電阻RD和電阻RB的阻值比例，信號A1會被放大(RB/RD)倍數(shù)以產(chǎn)生該輸出信號VO。在本實(shí)施例中，電阻R1的阻值與電阻R2的阻值相同，電阻R3的阻值與電阻RB的阻值相同。

參照圖4，該功率限制放大器40另包含一降增益單元42。該降增益單元42由兩晶體管M5和M6所組成。該晶體管M5耦接于該電阻R2，而該晶體管M6耦接于該晶體管M5和該運(yùn)算放大器24的該負(fù)輸入端之間。在本實(shí)施例中，這些晶體管M5和M6的寬長比等于這些晶體管M1和M2的寬長比，因此這些晶體管M5和M6的導(dǎo)通阻值會等于這些晶體管M1和M2的導(dǎo)通阻值。在運(yùn)作上，該降增益單元42會根據(jù)這些控制信號CP1和CP2以改變其阻值。該降增益單元42的工作原理相同于該降增益單元22的工作原理，這里不贅述。

圖5顯示結(jié)合本發(fā)明的一實(shí)施例的一功率限制放大器50的方塊示意圖，其中圖5中類似圖3的元件以類似的參考數(shù)字顯示。參照圖5，該功率限制放大器50另包含一降增益單元52。該降增益單元52由一晶體管M7所組成。該晶體管M7耦接于該電阻R2和該運(yùn)算放大器24’的該負(fù)輸入端之間。在本實(shí)施例中，該晶體管M7的寬長比等于圖3中的該晶體管M3的寬長比。在運(yùn)作上，該降增益單元42會根據(jù)該控制信號CT以改變其阻值。該降增益單元42的工作原理相同于圖3中的該降增益單元22的工作原理，這里不贅述。

參照圖4，這些控制信號CP1和CP2的產(chǎn)生除了借由這些比較器262和264外，亦可借由其他方式，例如一充電泵(charge pump)而產(chǎn)生。圖6顯示結(jié)合本 發(fā)明一實(shí)施例的一檢測單元26”的方塊示意圖。參照圖6，該檢測單元26”包含一比較器262、一比較器264、一充電泵62、一充電泵64、一低通濾波器66以及一低通濾波器68。

該充電泵62包含一上拉電流源I1、一開關(guān)SW1和一下拉電流源I2。該充電泵64包含一上拉電流源I3、一開關(guān)SW2和一下拉電流源I4。該充電泵62用以轉(zhuǎn)換該比較器262的比較結(jié)果，借以產(chǎn)生該控制信號CP1。該低通濾波器66用以濾除該控制信號CP1的高頻成分。該充電泵64用以轉(zhuǎn)換該比較器264的比較結(jié)果，借以產(chǎn)生該控制信號CP2。該低通濾波器68用以濾除該控制信號CP2的高頻成分。

在運(yùn)作上，當(dāng)圖4中的該輸出信號VOP的電壓值大于該預(yù)設(shè)電壓值REFH時，或者小于該預(yù)設(shè)電壓值REFL時，這些充電泵62和64以及這些低通濾波器66和68會一同運(yùn)作以產(chǎn)生低于邏輯1電平的該控制信號CP1，或是低于邏輯1電平的該控制信號CP2，借以控制圖4中的這些降增益單元22和42的阻值。依此方式，該輸出信號VO的電壓可限制于該預(yù)設(shè)電壓值REFH和該預(yù)設(shè)電壓值REFL之間。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已公開如上，然而熟悉本項技術(shù)之人士仍可能基于本發(fā)明的教示及公開而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所公開者，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為所附申請專利范圍所涵蓋。